这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告：
该研究的主要作者包括Sanzeng Zhao、Xueying Han、Yachen Zhu等，来自河南农业大学农学院小麦与玉米作物科学国家重点实验室和作物基因组工程中心。研究发表于《Journal of Integrative Plant Biology》2024年4月刊。
该研究属于植物基因组编辑领域，特别是CRISPR/Cas系统在小麦和黑麦中的应用。CRISPR/Cas9系统及其衍生工具（如碱基编辑器）在植物基础科学研究和作物改良中发挥了重要作用，但Cas9蛋白的使用常受限于其所需的G/C富集的PAM（protospacer adjacent motif）序列，尤其是在具有大而复杂基因组的禾本科植物中。CRISPR/Casφ（CRISPR/Cas12j）系统是从噬菌体中发现的，偏好5′-TBN-3′ PAM序列，适合特定的生物和治疗应用。由于其较小的蛋白尺寸（700-800氨基酸），CRISPR/Casφ在DNA编辑中具有优势，特别是在蛋白或核酸尺寸受限的情况下。然而，该系统在禾本科植物中的功能尚不明确，且其在植物中是否可用于精确碱基编辑也值得探索。
研究首先合成了小麦密码子优化的Casφ2，并构建了带有tau3::crRNA盒的pBlunt载体，选择了小麦和黑麦的四个基因进行编辑。通过设计12个靶点，研究在原生质体瞬时系统中测试了Casφ2的编辑效率，发现其编辑效率极低（%）。为了提高编辑效率，研究改变了crRNA的处理方式，并测试了不同的核定位信号（NLSs）。通过结合tau3启动子驱动的多顺反子-tRNA-crRNA盒与两个NLSs，生成了三个不同版本的CRISPR/Casφ2ta。测试表明，带有三个NLSs的Casφ2ta-v3在小麦原生质体中显著提高了编辑效率（从背景水平提高到3.2%）。进一步，研究制备了表达nCasφ2ta-v3和vCasφ2ta-v3的新载体，并测试了它们在小麦和黑麦原生质体中的编辑效率，发现vCasφ2ta-v3的编辑效率更高（2.5-6.0倍）。研究还制备了T-DNA载体plh-Casφ2ta-v3和plh-vCasφ2ta-v3，并在转基因小麦中比较了它们的编辑效率，发现plh-vCasφ2ta-v3在T0代植物中诱导了30%的indel突变。此外，研究观察到成对的反向crRNA进一步提高了vCasφ2ta-v3的编辑效率。
研究成功提高了CRISPR/Casφ2的编辑效率，通过改变crRNA表达、NLSs的引入和Casφ2蛋白变体，实现了Casφ2介导的基因敲除和碱基编辑。研究首次证明了CRISPR/dCasφ2-CBE和CRISPR/dCasφ2-ABE在植物中的功能性。通过使用TTN PAM和替代碱基编辑窗口，CRISPR/Casφ2为基因组工程提供了一个互补工具，未来可能在CRISPR/Casφ2介导的基因组修饰研究中得到广泛应用。
该研究展示了CRISPR/Casφ2在禾本科作物中的基因组编辑潜力，通过改进编辑效率和开发碱基编辑器，为作物改良提供了新的工具。研究的科学价值在于首次在植物中实现了CRISPR/dCasφ2介导的碱基编辑，应用价值在于为小麦和黑麦等重要作物的基因组工程提供了新的技术手段。
研究的重要发现包括：1）通过改变crRNA处理和NLSs引入，显著提高了CRISPR/Casφ2的编辑效率；2）首次在植物中实现了CRISPR/dCasφ2介导的碱基编辑；3）成对的反向crRNA进一步提高了编辑效率。研究方法的创新性在于开发了新的Casφ2变体和碱基编辑器，为基因组工程提供了新的工具。
研究还测试了潜在的脱靶效应，发现CRISPR/vCasφ2ta-v3、CRISPR/dCasφ2-CBE和CRISPR/dCasφ2-ABE在小麦中具有高特异性。此外，研究还开发了基于Casφ2的胞嘧啶和腺嘌呤碱基编辑器，并测试了它们在原生质体和转基因小麦中的效率，结果表明这些碱基编辑器在小麦和黑麦中具有功能性。